Los sistemas de localización en tiempo real ( RTLS ), también conocidos como sistemas de seguimiento en tiempo real , se utilizan para identificar y rastrear automáticamente la ubicación de objetos o personas en tiempo real , generalmente dentro de un edificio u otra área contenida. Las etiquetas RTLS inalámbricas se adhieren a los objetos o las usan las personas, y en la mayoría de los RTLS, los puntos de referencia fijos reciben señales inalámbricas de las etiquetas para determinar su ubicación. [1] Los ejemplos de sistemas de localización en tiempo real incluyen el seguimiento de automóviles a través de una línea de ensamblaje , la ubicación de palés de mercancías en un almacén o la búsqueda de equipo médico en un hospital.
La capa física de la tecnología RTLS suele ser la comunicación por radiofrecuencia (RF). Algunos sistemas utilizan tecnología óptica (normalmente infrarroja ) o acústica (normalmente ultrasónica ) con etiquetas RTLS de RF o en lugar de ellas. Los puntos de referencia fijos pueden ser transmisores , receptores o ambos, lo que da lugar a numerosas combinaciones de tecnología posibles.
Los RTLS son una forma de sistema de posicionamiento local y no suelen hacer referencia al GPS ni al seguimiento de teléfonos móviles . La información de ubicación no suele incluir velocidad, dirección ni orientación espacial.
El término RTLS fue creado (circa 1998) en la feria comercial ID EXPO por Tim Harrington (WhereNet), Jay Werb (PinPoint) y Bert Moore (Automatic Identification Manufacturers, Inc., AIM). Fue creado para describir y diferenciar una tecnología emergente que no solo proporcionaba las capacidades de identificación automática de las etiquetas RFID activas , sino que también añadía la capacidad de ver la ubicación en una pantalla de ordenador. Fue en esta feria donde PinPoint y WhereNet mostraron los primeros ejemplos de un sistema RTLS basado en radio comercial. Aunque esta capacidad ya había sido utilizada anteriormente por agencias militares y gubernamentales, la tecnología había sido demasiado cara para fines comerciales. A principios de la década de 1990, se instalaron los primeros RTLS comerciales en tres centros sanitarios de Estados Unidos y se basaban en la transmisión y decodificación de señales de luz infrarrojas de etiquetas de transmisión activa. Desde entonces, ha surgido una nueva tecnología que también permite aplicar RTLS a aplicaciones de etiquetas pasivas.
Los RTLS se utilizan generalmente en espacios cerrados o cerrados, como edificios, y no proporcionan una cobertura global como el GPS . Las etiquetas RTLS se colocan en elementos móviles, como equipos o personal, para ser rastreados o administrados. Los puntos de referencia RTLS, que pueden ser transmisores o receptores, se distribuyen por todo el edificio (o área de interés similar) para proporcionar la cobertura de etiqueta deseada. En la mayoría de los casos, cuantos más puntos de referencia RTLS se instalen, mejor será la precisión de la ubicación, hasta que se alcancen las limitaciones tecnológicas.
Existen varios diseños de sistemas distintos que se conocen como "sistemas de localización en tiempo real". Dos elementos principales del diseño de sistemas son la localización en puntos de estrangulamiento y la localización en coordenadas relativas.
La forma más sencilla de localizar un punto de estrangulamiento es cuando un único lector fijo en una red sensorial recibe señales de identificación de corto alcance de una etiqueta en movimiento, lo que indica la coincidencia de ubicación del lector y la etiqueta. Alternativamente, un identificador de punto de estrangulamiento puede ser recibido por la etiqueta en movimiento y luego retransmitido, generalmente a través de un segundo canal inalámbrico, a un procesador de ubicación. La precisión generalmente se define por la esfera abarcada por el alcance del transmisor o receptor del punto de estrangulamiento. El uso de antenas direccionales, o tecnologías como infrarrojos o ultrasonidos que se bloquean mediante particiones de la habitación, puede soportar puntos de estrangulamiento de varias geometrías. [2]
Las señales de identificación de una etiqueta son recibidas por una multiplicidad de lectores en una red sensorial , y se estima una posición utilizando uno o más algoritmos de localización, como trilateración , multilateración o triangulación . De manera equivalente, una etiqueta puede recibir señales de identificación de varios puntos de referencia RTLS y retransmitirlas a un procesador de localización. La localización con múltiples puntos de referencia requiere que se conozcan las distancias entre los puntos de referencia en la red sensorial para localizar con precisión una etiqueta, y la determinación de las distancias se denomina medición de distancias .
Otra forma de calcular la ubicación relativa es mediante etiquetas móviles que se comunican entre sí. Las etiquetas transmiten esta información a un procesador de ubicación.
La trilateración de RF utiliza rangos estimados de múltiples receptores para estimar la ubicación de una etiqueta. La triangulación de RF utiliza los ángulos en los que las señales de RF llegan a múltiples receptores para estimar la ubicación de una etiqueta. Muchas obstrucciones, como paredes o muebles, pueden distorsionar las lecturas de rango y ángulo estimados, lo que genera diferentes calidades de estimación de ubicación. La localización basada en estimaciones a menudo se mide en precisión para una distancia determinada, como 90% de precisión para un rango de 10 metros.
Algunos sistemas utilizan tecnologías de localización que no pueden atravesar paredes, como los infrarrojos o los ultrasonidos. Estos requieren una línea de visión (o casi una línea de visión) para comunicarse correctamente. Como resultado, tienden a ser más precisos en entornos interiores.
RTLS se puede utilizar en numerosas áreas logísticas u operativas para:
El RTLS puede considerarse una amenaza a la privacidad cuando se utiliza para determinar la ubicación de las personas. El derecho humano recientemente declarado de autodeterminación informativa otorga el derecho a impedir que la identidad y los datos personales de una persona se revelen a otros y también cubre la divulgación de la ubicación, aunque esto no se aplica en general al lugar de trabajo .
Varios sindicatos destacados se han manifestado en contra del uso de los sistemas RTLS para rastrear a los trabajadores, calificándolos de "el comienzo del Gran Hermano " y "una invasión de la privacidad ". [5]
Las tecnologías actuales de seguimiento de la ubicación se pueden utilizar para localizar a los usuarios de dispositivos móviles de varias maneras. En primer lugar, los proveedores de servicios tienen acceso a tecnologías basadas en redes y en teléfonos móviles que pueden localizar un teléfono en caso de emergencia. En segundo lugar, la ubicación histórica se puede discernir con frecuencia a partir de los registros del proveedor de servicios. En tercer lugar, se pueden utilizar otros dispositivos, como puntos de acceso Wi-Fi o receptores IMSI, para rastrear dispositivos móviles cercanos en tiempo real. Por último, los sistemas de posicionamiento híbridos combinan diferentes métodos en un intento de superar las deficiencias de cada método individual. [6]
Existe una amplia variedad de conceptos y diseños de sistemas para proporcionar localización en tiempo real. [7]
En la Universidad Radboud de Nijmegen se ha construido un modelo general para la selección de la mejor solución para un problema de localización . [22] Muchas de estas referencias no cumplen con las definiciones dadas en la normalización internacional ISO/IEC 19762-5 [23] e ISO/IEC 24730-1. [24] Sin embargo, se atienden algunos aspectos del rendimiento en tiempo real y se abordan aspectos de la localización en el contexto de coordenadas absolutas.
Dependiendo de la tecnología física utilizada, se utiliza al menos un método de medición de distancia y/o angulación, y a menudo una combinación de ellos, para determinar la ubicación:
La localización en tiempo real se ve afectada por diversos errores. Muchos de los principales motivos están relacionados con la física del sistema de localización y no se pueden reducir mejorando el equipo técnico.
Muchos sistemas RTLS requieren una visibilidad directa y clara en la línea de visión. En aquellos sistemas en los que no hay visibilidad desde las etiquetas móviles hasta los nodos fijos, no habrá ningún resultado o un resultado no válido del motor de localización . Esto se aplica a la localización por satélite, así como a otros sistemas RTLS, como el ángulo de llegada y la hora de llegada. La toma de huellas dactilares es una forma de superar el problema de la visibilidad: si las ubicaciones en el área de seguimiento contienen huellas dactilares de medición distintas, no es necesariamente necesaria la línea de visión. Por ejemplo, si cada ubicación contiene una combinación única de lecturas de intensidad de señal de los transmisores, el sistema de localización funcionará correctamente. Esto es cierto, por ejemplo, con algunas soluciones RTLS basadas en Wi-Fi. Sin embargo, tener huellas dactilares de intensidad de señal distintas en cada ubicación normalmente requiere una saturación bastante alta de los transmisores.
La ubicación medida puede parecer totalmente errónea. Esto es generalmente el resultado de modelos operativos simples para compensar la pluralidad de fuentes de error. Resulta imposible proporcionar una ubicación correcta después de ignorar los errores.
El tiempo real no es una marca registrada y no tiene una calidad inherente. Una variedad de ofertas navegan bajo este término. Como el movimiento provoca cambios de ubicación, inevitablemente el tiempo de latencia para calcular una nueva ubicación puede ser dominante con respecto al movimiento. O bien un sistema RTLS que requiere esperar nuevos resultados no vale la pena o el concepto operativo que requiere actualizaciones de ubicación más rápidas no cumple con el enfoque del sistema elegido.
La ubicación nunca se informará con exactitud , ya que el término tiempo real y el término precisión se contradicen directamente en aspectos de la teoría de medición, así como el término precisión y el término costo se contradicen en aspectos de economía. Esto no excluye la precisión, pero las limitaciones con una mayor velocidad son inevitables.
El hecho de reconocer una ubicación informada de forma constante, independientemente de la presencia física, generalmente indica el problema de una sobredeterminación insuficiente y de la falta de visibilidad a lo largo de al menos un enlace entre los puntos de anclaje residentes y los transpondedores móviles. Este efecto también se debe a la falta de conceptos para compensar las necesidades de calibración.
El ruido de diversas fuentes tiene una influencia errática en la estabilidad de los resultados. El objetivo de proporcionar una apariencia estable aumenta la latencia, lo que contradice los requisitos de tiempo real.
Como los objetos que contienen masa tienen limitaciones para saltar, estos efectos en su mayoría están más allá de la realidad física. Los saltos de una ubicación informada que no es visible con el objeto en sí generalmente indican un modelado incorrecto con el motor de ubicación. Este efecto es causado por el cambio de predominio de varias respuestas secundarias.
La ubicación de los objetos residentes se informa en movimiento, tan pronto como las medidas tomadas están sesgadas por las reflexiones de la trayectoria secundaria con un peso creciente con el tiempo. Este efecto es causado por un promedio simple y el efecto indica una discriminación insuficiente de los primeros ecos.
Los aspectos básicos de RTLS están estandarizados por la Organización Internacional de Normalización y la Comisión Electrotécnica Internacional bajo la serie ISO/IEC 24730. En esta serie de normas, la norma básica ISO/IEC 24730-1 identifica los términos que describen una forma de RTLS utilizada por un conjunto de proveedores, pero no abarca el alcance completo de la tecnología RTLS.
Actualmente se encuentran publicadas varias normas:
Estas normas no estipulan ningún método especial para calcular las ubicaciones ni para medirlas. Esto puede definirse en especificaciones para la trilateración, la triangulación o cualquier método híbrido de cálculo trigonométrico para modelos planos o esféricos de un área terrestre.
En la aplicación de RTLS en la industria de la salud, se han publicado varios estudios que analizan las limitaciones del RTLS adoptado actualmente. Las tecnologías RFID, Wi-Fi, UWB y todas las tecnologías basadas en RFID que se utilizan actualmente son peligrosas en el sentido de que pueden interferir con equipos sensibles. Un estudio realizado por el Dr. Erik Jan van Lieshout del Centro Médico Académico de la Universidad de Ámsterdam publicado en JAMA ( Revista del Equipo Médico Americano ) [27] afirmó que "RFID y UWB podrían apagar los equipos en los que confían los pacientes", ya que "RFID causó interferencias en 34 de las 123 pruebas que realizaron". El primer proveedor de RTLS Bluetooth en la industria médica respalda esto en su artículo: "El hecho de que RFID no se pueda utilizar cerca de equipos sensibles debería ser en sí mismo una señal de alerta para la industria médica". [28] El RFID Journal respondió a este estudio sin negarlo, sino explicando una solución de caso real: "El estudio de Purdue no mostró ningún efecto cuando los sistemas de ultraalta frecuencia (UHF) se mantuvieron a una distancia razonable del equipo médico. Por lo tanto, colocar lectores en cuartos de servicio, cerca de ascensores y sobre las puertas entre alas o departamentos del hospital para rastrear activos no es un problema". [29] Sin embargo, el caso de "mantenerse a una distancia razonable" podría seguir siendo una pregunta abierta para los adoptantes y proveedores de tecnología RTLS en instalaciones médicas.
En muchas aplicaciones es muy difícil y al mismo tiempo importante hacer una elección adecuada entre las distintas tecnologías de comunicación (por ejemplo, RFID, WiFi, etc.) que puede incluir RTLS. Las decisiones de diseño incorrectas tomadas en las primeras etapas pueden conducir a resultados catastróficos para el sistema y a una pérdida significativa de dinero para reparaciones y rediseños. Para resolver este problema se desarrolló una metodología especial para la exploración del espacio de diseño RTLS. Consiste en pasos tales como modelado, especificación de requisitos y verificación en un único proceso eficiente. [30]